GPS-RTK技术如何推进城市测量
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摘 要：城市测量主要是为了城市建设进行的一系列测绘工作，通过这些测量工作可以完成城市建设的规划设计、城市的建设施工和城市建设的经营管理的工作。本文主要通过对gps-rtk技术的原理分析，进而阐述GPS-RTK技术在城市测量中的应用。
关键词：GPS-RTK;城市测量
中图分类号：TU984文献标识码：A
GPS-RTK技术简介
(一) GPS-RTK概念
RTK是英文Real Time Kinematic的缩写，意思是实时动态差分法，是一种新颖而又常用的GPS测量方法。RTK测量方法能够实时提供测站点在给定坐标系中的三维空间定位结果，并能够将定位精度精确到野外的厘米级，采用的载波相位动态实时差分方法，是GPS测量方法应用的一个里程碑，RTK的出现与推广，改变了大量工程放样、地图测绘、控制测量等工作的原有依赖技术，极大地提高了这些作业的效率。
（二） GPS-RTK技术原理
RTK的技术关键在于数据的处理和数据的传输，RTK定位过程中要求基准站向流动站的接收机实时传送数据，包括相位观测值、伪距观测值和一些已知数据，由于传送的数据量较为庞大，现在通用的RTK技术的传输波特率为9600。RTK在作业模式下，基准站上通常设置一台GPS接收机，GPS接收机可以连续地观测到所有可见的GPS卫星，并收集观测数据。基准站通过一条专用的数据链将其测量得到的观测值和测站的坐标数据信息同时通过无线电传输给流动站（用户观测站），而流动站不仅需要接受基准站通过数据链传送过来的数据信息，还要进行GPS观测数据的采集，然后利用系统组成差分观测值，并进行实时处理，即时（通常历时不到一秒）给出精确到厘米级的定位结果。接受数据的流动站并不是只能在静止状态下工作，也可以将其设为运动状态，这时可以采用两种模式进行作业。一是流动站在一个固定点进行初始化设置，然后进行动态作业；
二是流动站在动态条件下直接开机工作并完成周模糊度的搜索。
一个可用的GPS-RTK测量系统主要有GPS接收系统、数据传输系统以及软件系统。GPS接收系统主要是一台工作在基准站的GPS接收机和几台（至少一台）工作在流动站的GPS接收机，GPS接收机的功能是接收、处理和存储卫星信号；数据传输系统主要是发射电台和接收电台之间的数据传输链，是整个实时动态测量的最重要设备；软件系统主要完成流动站空间三维坐标的计算工作。
像快速静态测量、动态测量等常规的GPS测量方法都需要作业后进行计算方能够获得厘米级的测量精度。而RTK技术的出现，采用实时动态差分方法，能够实时地进行数据传输，并实现高精度的测量结果。
（三） RTK测量前的准备工作
在进行城市的RTK测量前，由于大多都是室外或者野外作业，必须充分考虑测量环境因素。在完成蓝牙、电台等设置的准备工作之后。首先利用外业的测量手簿建立一个测量任务，记录测量的工程名称，并填入必要的参数信息，如测量环境的中央子午线精度，然后设置测量区域的地方网格实现适合当地坐标系的转换工作。然后进行转换参数的计算，这时需要在测量区域选取3个控制点，将实际的地方坐标输入到测量手簿中，通过拟合参数的值就可以查看到区域信息和精度信息。最后设置一个规定的精度指标完成准备工作。
二、GPS-RTK技术在城市测量中的应用实例
无论是静态定位还是准动态定位，都需要在作业后进行数据处理，这种数据处理的滞后性无法实现实时的定位结果和对观测数据进行检核，这就带来了数据质量错误的风险，而在实际中只能进行二次测量来更正错误的数据信息。这种手段是通过工作时间的延长来满足数据精度的可靠要求，毫无疑问地降低了GPS测量的效率。GPS-RTK技术的出现，给测量界带来了一场空前的技术更新，使得上述麻烦迎刃而解，随着RTK技术的逐步推广与成熟，RTK技术在城市测量中得到了广泛的应用。
第一，城市控制测量。城市控制测量是在城市中建立高程控制网和平面控制网的作业过程。控制网则是城市建设过程中测绘地形图、施工放样等测绘工作的依据，其精度要满足地形图和市政规划的共同要求。城市控制网的特点是控制面积大、使用频率高、精度要求高等，RTK技术则可以从精度和效率上满足测量要求。传统的城市控制测量方法，例如全站仪导线测量，需要三个人共同工作，且要求测量点之间必须保证视线通畅，这很难适应城市的环境特点，而且导线测量的结果精度低，难以满足测绘要求；GPS静态测量虽然克服了导线测量的精度与通视的特点，但是还需要对数据进行业后处理，不能实时测量出定位结果，而且一旦计算机结果后，出现精度问题只能进行再次测量。RTK的精度是厘米级，这就基本上满足了所有控制测量的精度要求，而且由于站与站之间的独立观测，不需要所有站之间的通视，常规的两个站能够互视即可，极大的提高了测量的灵活性。
第二，城市线路中线定线。定线测量即线路放样，主要任务是根据已有图样把图上物体根据已定的坐标或者尺寸在实地上进行标注。传统上的放样方法一般要求事先计算放样元素，再通过全站仪的使用测设出放样线路，这种工作方法不仅受到了作业工程中通视条件的制约，而且耗费更多的人力物力，效率不高，无法实现精度控制核检。RTK测量技术在实现线路放样作业过程中，只需要一人就可完成工作，作业人员只需要在RTK外业控制器中输入设计好的线路参数，例如坐标定位点、测量半径、曲线转角等，利用GPS接收机按照手册提示就可以找到放样点的实际位置，即迅速又方便，而且也符合作业的精度要求。RTK放样时可以按照桩号或者坐标进行放样，手法灵活。并可以进行随时互换，只需要根据屏幕显示出来的偏移方位和偏移距离，就能逐步缩小误差，找到精确位置。
第三，城市地形测量。传统的地形测量主要是先进行外业的数据采集，即在测量区域进行导线网点、图根点等布置，还需要进行水准的引测工作；后进行内业的数据绘图，即使用全站仪进行测图绘图。这要求几个人共同作业来完成，而且出现精度问题时也只能重新测量。而RTK技术进行城市地形测量时，只需单人使用移动站仪器作业，输入特征编码就可以知道实施地点的精度。每当结束一个区域后将数据信息传送到内业，再使用相应软件就可以绘制出精确的地形图，极大地提高了作业效率和作业精度。
第四，其他城市测量。例如，城市建筑物的规划放线，要求放线点同时满足建筑物的自身特点和规划局的规划指导，精度要求高。RTK技术应用与建筑物规划作业，满足了测量点位的收敛精度，通过数据的实时结果可以很好的进行数据调整，提高作业效率；城市用地测量，RTK技术在进行地界勘测时，可以实时测定出界址坐标以及界限范围，并计算出工程用地面积，可以提高测量速度和测量精度；RTK技术在城市建设中也适用于管线测量、水域测量等实际工程。
GPS-RTK进行城市测量的注意事项
（一） GPS-RTK的性能分析
GPS的出现使得它在城市测量中占据重要的地位，这与其独特的优势是分不开的，除了实时这一主要特点外，归结起来还有如下优点。第一，GPS-RTK工作不受光线与人员视线的影响，这就保证了作业时间与空间的大大延长，提高了作业效率。第二，GPS-RTK在某些GPS点上可以直接进行数据采集，这就可以减少了一些测量环节，节省人力物力。第三，GPS-RTK的测量点分布比较均匀，而且每个点都是随机生成误差，不会出现传统的误差累积现象，这就更好地提高了测量的精度。
GPS-RTK已经为测量领域逐步接受，但是其还存在一些明显的不足之处。
第一，受卫星状况限制，对测量环境有一定要求。GPS-RTK技术主要是通过卫星完成测量工作的，初始化过程就需要5颗卫星同时工作，在一些复杂的城市环境下如高楼密集区，可能会妨碍无线电之间的通讯。同时，电磁波辐射等其他因素也会干扰测量效果。第二，受数据链长度限制。基准站与流动站之间的距离越大，数据传输就会不可避免地出现失真、丢失等现象，降低了测量的精度与稳定性。第三，对测量人员提出了更高的要求，这是因为GPS-RTK测量缺少检核能力，一旦作业出现操作失误或者技术处理不当，这都会给测量结果带来严重的影响。
（二） 使用GPS-RTK技术进行城市测量的注意事项
由于RTK技术也存在着一些缺点，这就要求在实际城市作业过程中，尽量避免其限制因素，为了将RTK的测量结果精度最大化，应该在城市作业中注意一下几个问题。
第一，卫星信号问题。为了保证卫星信号的质量实现卫星的持续追踪，在基准站的地势选择上尽量上空开阔，同时在移动站的选择时要尽量避免高建筑群的干扰。由于电磁波也是影响卫星信号的主要因素，在基准站周边固定范围内（200米左右）不能出现高压输电线、无线电发射塔等电磁场。一旦在卫星信号不好的地方作业，出现卫星的失锁现象，甚至可能出现不能初始化的现象，或者测量结果无法计算出固定解。
第二，数据传输问题。RTK技术的突出特点是数据的实时性，能否连续可靠在基准站与流动站之间进行数据传输是城市作业成功的关键。由于城市区的高楼大厦的阻挡或者各种通信信号的干扰，流动站可能接收不到基准站发出的无线电信息，导致作业无法进行。
第三，传输距离问题。电台是发射信号的主要设备，其功率大小严格限制了基准站和流动站之间的距离。由于电台信号属于直线传播，为了达到更远的传输距离，基准站的通常设置在地势稍高的测量区域上。另外，信号在传输过程中，会随着距离的增加而精度降低，这就要求在城市作业过程中，必须安排好流动站与基准站之间的距离，避免出现太大测量误差。如果测量区域是一些遮蔽性地方，常规方法仍然奏效。
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